KR102552194B1 - 고주파 담금질 장치 - Google Patents

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Abstract

고주파 담금질 장치는, 터빈 날개를 사이에 끼워 넣는 U자부, 한 쌍이 배치된 직선부, 및 U자부와 직선부를 접속하는 접속부를 갖는 유도 가열 코일과, 유도 가열 코일 부근의 온도를 비접촉으로 검출하는 온도 검출부와, 터빈 날개와 유도 가열 코일을 날개 높이 방향으로 상대 이동시키는 이동 기구와, 유도 가열 코일에 고주파 전류를 공급하는 전류 공급부와, 온도 검출부의 검출값에 근거하여 검출값이 미리 정한 온도를 초과하지 않도록 전류 공급부에 의한 상기 고주파 전류의 크기를 제어하는 전류 제어부를 갖는 제어 장치를 구비한다.

Description

고주파 담금질 장치
본 개시는, 고주파 담금질 장치에 관한 것이다.
본원은, 2019년 8월 28일에 출원된 일본 특허출원 2019-155199에 대하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
증기 터빈은, 고압 측으로부터 저압 측에 걸쳐 복수의 동익단(動翼段)이 마련된 로터와, 로터를 외주 측으로부터 덮음과 함께 내주면에 복수의 정익단(靜翼段)이 마련된 스테이터를 구비하고 있다. 상류 측으로부터 유도된 고온 고압의 증기는, 정익단에 의하여 안내된 후, 동익단에 충돌함으로써 로터에 회전 구동력을 부여한다. 로터의 회전 에너지는 축단(軸端)으로부터 취출되어, 발전기 등의 외부 기기의 구동에 이용된다.
여기에서, 하류 측의 저압단이 될수록 증기의 온도는 저하되는 점에서, 당해 저압단에서는 증기가 응축되어 액적이 발생할 가능성이 높다. 이와 같은 액적이 터빈 날개에 고속으로 충돌하면, 당해 터빈 날개의 표면에 이로전을 발생시킬 우려가 있다. 이로전의 발생을 회피하기 위하여, 예를 들면 하기 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 터빈 날개의 표면에 담금질에 의한 경화 처리를 실시하는 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1에 관한 방법에서는, 터빈 날개의 표면에 레이저광을 조사함으로써 담금질 처리가 실시된다.
일본 공개특허공보 2005-226539호
그런데, 상기 방법에서는, 레이저 조사에 의한 가열 온도의 관리가 어렵기 때문에, 장소에 따라 최고 가열 온도의 불균일을 발생시키는 경우가 있다. 특히, 가열 온도가 너무 높으면, 터빈 날개의 기재(基材)가 변성됨으로써 인성(靭性)이 저하되어 버릴 우려가 있다.
본 개시는 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 보다 용이하고 또한 적정하게 온도 관리를 하는 것이 가능한 고주파 담금질 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 개시에 관한 고주파 담금질 장치는, 터빈 날개의 전연(前緣)을 사이에 끼워 넣는 U자부, 상기 터빈 날개를 사이에 두고 한 쌍이 배치된 직선부, 및 상기 터빈 날개의 배측(背側) 및 복측(腹側)에서 각각 상기 U자부와 상기 직선부를 접속하는 접속부를 갖는 유도 가열 코일과, 상기 터빈 날개의 전연에 있어서의 상기 유도 가열 코일 부근의 온도를 비접촉으로 검출하는 온도 검출부와, 상기 터빈 날개와 상기 유도 가열 코일을, 상기 터빈 날개의 날개 높이 방향으로 상대 이동시키는 이동 기구와, 상기 유도 가열 코일에 고주파 전류를 공급하는 전류 공급부와, 상기 온도 검출부의 검출값에 근거하여 상기 검출값이 미리 정한 온도를 초과하지 않도록, 상기 전류 공급부에 의한 상기 고주파 전류의 크기를 제어하는 전류 제어부를 갖는 제어 장치를 구비한다.
본 개시에 의하면, 보다 용이하고 또한 적정하게 온도 관리를 하는 것이 가능한 고주파 담금질 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시형태에 관한 고주파 담금질 장치의 시공 대상물인 터빈 날개의 구성을 나타내는 도이다.
도 2는 본 개시의 실시형태에 관한 고주파 담금질 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 3은 본 개시의 실시형태에 관한 유도 가열 코일의 구성을 나타내는 도이다.
도 4는 본 개시의 실시형태에 관한 제어 장치의 하드웨어 구성도이다.
도 5는 본 개시의 실시형태에 관한 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 6은 본 개시의 실시형태에 관한 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다.
<제1 실시형태>
이하, 본 개시의 제1 실시형태에 관한 터빈 날개(1), 및 고주파 담금질 장치(100)에 대하여, 도 1부터 도 6을 참조하여 설명한다.
(터빈 날개의 구성)
터빈 날개(1)는, 일례로서 증기 터빈의 저압단 동익으로서 이용된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 터빈 날개(1)는, 날개 본체(11)와 익근(翼根)(12)을 갖고 있다. 날개 본체(11)는, 날개 높이 방향(Dh)으로 뻗음과 함께, 당해 날개 높이 방향(Dh)에서 보아 날개형의 단면(斷面) 형상을 갖고 있다. 구체적으로는, 날개 본체(11)의 단면은, 후연(後緣)(ET)으로부터 전연(EL)에 걸쳐 뻗는 방추 형상을 이루고 있다. 또, 전연(EL)과 후연(ET)의 사이를 접속하는 양면 중, 일방 측의 면(복면(Sp))은 곡면상으로 파여 있다. 타방 측의 면(배면(Sn))은 곡면상으로 부풀어 있다. 또한, 날개 본체(11)의 표면에는, 흑색 도막(Lb)이 형성되어 있다. 흑색 도막(Lb)은, 흑색의 도료로 형성된 박막이다.
또한, 날개 본체(11)는, 날개 높이 방향(Dh)에 있어서의 일방 측으로부터 타방 측을 향함에 따라, 3차원적으로 비틀어져 있다. 구체적으로는, 날개 본체(11)는, 선단(11T) 측으로부터 익근(12) 측을 향함에 따라, 날개 높이 방향(Dh)을 중심으로 하여 둘레 방향으로 비틀어져 있다. 따라서, 전연(EL)으로부터 후연(ET)을 잇는 직선(익현선(翼弦線))의 뻗는 방향은, 선단(11T) 측으로부터 익근(12) 측을 향함에 따라 변화한다. 익근(12)은, 날개 본체(11)를 로터의 디스크(도시 생략)에 형성된 날개홈에 장착하기 위하여, 톱날상의 단면 형상을 갖는 세레이션(12S)이 마련되어 있다.
(고주파 담금질 장치의 구성)
고주파 담금질 장치(100)는, 상기의 터빈 날개(1)에 대하여 담금질을 실시함으로써 경화 처리를 행한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 고주파 담금질 장치(100)는, 가대(架臺)(2)와, 유도 가열 코일(3)과, 이동 기구(4)와, 회전 기구(5)와, 온도 검출부(6)와, 알람용 온도 검출부(7)와, 전류 공급부(8)와, 제어 장치(90)를 갖고 있다.
가대(2)는, 터빈 날개(1)를 지지하기 위한 판상의 가대 본체(21)와, 이 가대 본체(21)의 양단(兩端) 측에 각각 마련된 고정 부재(22)를 갖는다. 터빈 날개(1)는, 가대(2)의 재치면(2S) 상에서, 날개 높이 방향(Dh)의 양측으로부터 고정 부재(22)에 의하여 이동 불능인 상태로 고정된다. 가대(2)에 고정되어 있을 때, 터빈 날개(1)는 배면(Sn)을 상측으로 향하게 한 상태가 된다.
(유도 가열 코일의 구성)
유도 가열 코일(3)은, 가대(2) 상에 고정된 터빈 날개(1)의 전연(EL)에 대하여, 전류 공급부(8)로부터 공급된 고주파 전류에 의한 가열 처리를 실시함으로써 담금질을 행한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 이 유도 가열 코일(3)은, U자부(31)와, 직선부(32)와, 접속부(33)를 갖고 있다. U자부(31)는, 전연(EL) 측의 단 가장자리를 두께 방향의 양측으로부터 사이에 끼워 넣는다. U자부(31)는, 배면(Sn) 측으로부터 전연(EL)을 거쳐 복면(Sp) 측을 향하도록 U자상으로 만곡(灣曲)되어 있다. 또한, U자부(31)는, 전연(EL)으로부터 후연(ET)을 향하여 익현 길이의 1/3의 분만큼 뻗어 있는 것이 바람직하다.
직선부(32)는, 터빈 날개(1)의 양측에 한 쌍 마련되고, U자부(31)에 대하여 날개 높이 방향(Dh)으로 간격을 두고 평행하게 뻗어 있다. 또한, 여기에서 말하는 "평행"이란, 실질적인 평행을 가리키는 것이며, 설계상의 공차나 제조상의 오차는 허용된다. 접속부(33)는, U자부(31)의 후연(ET) 측의 단부와, 직선부(32)의 후연(ET) 측의 단부를 날개 높이 방향(Dh)으로 접속하고 있다. 또, 배면(Sn) 측의 접속부(33)의 중간 위치에는, 철심(C)이 마련되어 있다. 철심(C)은, 유도 가열 코일(3)이 발생시키는 자계의 자속 밀도를 높이기 위하여 마련되어 있다. 유도 가열 코일(3)은, 터빈 날개(1)의 표면에 맞닿아 있어도 되고, 약간 간극을 두고 배치되어 있어도 된다.
(이동 기구의 구성)
도 2에 나타내는 바와 같이, 이동 기구(4)는, 상기의 유도 가열 코일(3)을 지지함과 함께, 날개 높이 방향(Dh)으로 이동시킨다. 구체적으로는 이동 기구(4)는, 날개 높이 방향(Dh)으로 뻗는 레일(41)과, 이 레일(41)을 따라 이동 가능한 제1 이동부(42), 및 제1 이동부(42)에 지지되어 있는 제2 이동부(43)를 갖고 있다. 제1 이동부(42)는, 레일(41)로부터 상방을 향하여 뻗어 있다. 제1 이동부(42)의 날개 높이 방향(Dh)에 있어서의 일방 측의 면에는 제2 이동부(43)가 마련되어 있다. 제2 이동부(43)는 제1 이동부(42)를 따라 상하 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 이 제2 이동부(43)에는, 상술한 유도 가열 코일(3)이 지지되어 있다. 유도 가열 코일(3)은, 제2 이동부(43)로부터 터빈 날개(1)를 향하여 뻗어 있다. 제1 이동부(42)를 움직이게 함으로써, 터빈 날개(1)에 대하여 유도 가열 코일(3)이 날개 높이 방향(Dh)으로 상대 이동한다. 또한, 제2 이동부(43)를 움직이게 함으로써, 터빈 날개(1)에 대하여 유도 가열 코일(3)이 상하 방향으로 상대 이동한다. 또한, 자세하게는 후술하겠지만, 이동 기구(4)는 제어 장치(90)에 의하여 그 동작이 제어된다.
(회전 기구의 구성)
여기에서, 상술한 바와 같이 터빈 날개(1)는 날개 높이 방향(Dh)의 일방 측으로부터 타방 측을 향함에 따라 3차원적으로 비틀어져 있다. 따라서, 이동 기구(4)만으로는, 유도 가열 코일(3)과 터빈 날개(1)의 상대 위치를 유지할 수 없을 가능성이 있다. 따라서, 본 실시형태에 관한 고주파 담금질 장치(100)에는, 상기의 가대(2)를 회전시키는 회전 기구(5)가 마련되어 있다. 회전 기구(5)는, 날개 높이 방향(Dh)으로 뻗는 회전축(Ax) 둘레로 가대(2)를 회전시키는 것이 가능하다. 회전 기구(5)는 후술하는 제어 장치(90)에 의하여 그 동작이 제어된다.
(온도 검출부)
이어서, 온도 검출부(6)에 대하여 설명한다. 온도 검출부(6)는, 터빈 날개(1)의 유도 가열 코일(3) 부근의 온도를 검출한다. 보다 상세하게는 도 3에 나타내는 바와 같이, 온도 검출부(6)가 온도를 검출하는 위치(검출점(P))는, 배면(Sn)에 있어서의 U자부(31), 직선부(32), 및 접속부(33)에 의하여 둘러싸인 영역 내에 있다. 즉, 온도 검출부(6)는 배면(Sn) 상에 있어서의 국소적인 온도를 검출한다. 온도 검출부(6)로서는, 당해 검출점(P)의 온도를 비접촉으로 검출하는 것이 가능한 광파이버식 방사 온도계가 적합하게 이용된다. 또, 이 온도 검출부(6)는, 상술한 이동 기구(4)(제2 이동부(43))에 대하여 지지부(61)를 개재하여 지지 고정되어 있다. 따라서, 이동 기구(4)를 움직이게 함으로써 유도 가열 코일(3)과 함께 온도 검출부(6)가 터빈 날개(1)에 대하여 상대 이동한다. 온도 검출부(6)에 의하여 검출된 온도의 값(검출값)은, 제어 장치(90)에 전기 신호로서 송신된다.
(알람용 온도 검출부의 구성)
알람용 온도 검출부(7)는, 상기의 온도 검출부(6)와는 별개로 마련된 다른 검출 장치이다. 알람용 온도 검출부(7)는, 온도 검출부(6)가 온도를 검출하는 범위보다 넓은 범위의 온도 분포를 검출한다. 이 범위 내에는 상기의 검출점(P)이 포함되어 있다. 알람용 온도 검출부(7)로서도, 광파이버식 방사 온도계가 적합하게 이용된다. 알람용 온도 검출부(7)가 검출한 온도의 값(알람용 검출값)은, 제어 장치(90)에 전기 신호로서 송신된다.
(제어 장치의 구성)
도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(90)는, CPU(91)(Central Processing Unit), ROM(92)(Read Only Memory), RAM(93)(Random Access Memory), HDD(94)(Hard Disk Drive), 신호 수신 모듈(95)(I/O: Input/Output)을 구비하는 컴퓨터이다. 신호 수신 모듈(95)은, 온도 검출부(6), 및 알람용 온도 검출부(7)로부터의 전기 신호(각 검출값)를 수신한다. 신호 수신 모듈(95)은, 예를 들면 차지 앰프 등을 개재하여 증폭된 신호를 수신해도 된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(90)의 CPU(91)는 미리 자장치(自裝置)에서 기억하는 프로그램을 실행함으로써, 제어부(81), 기억부(82), 판정부(83), 이동 제어부(84), 전류 제어부(85)를 갖는다. 제어부(81)는 제어 장치(90)에 구비되는 다른 기능부를 제어한다. 기억부(82)는, 상술한 온도 검출부(6), 및 알람용 온도 검출부(7)의 각 검출값에 대한 임곗값(상한값)을 기억하고 있다. 또한, 기억부(82)는, 터빈 날개(1)의 날개 높이 방향에 있어서의 위치 좌표와, 당해 터빈 날개(1)의 비틀어짐 각도의 관계를 나타내는 테이블을 기억하고 있다. 판정부(83)는, 상기 각 검출값이 임곗값을 초과하고 있는지 아닌지를 판정한다. 전류 제어부(85)는, 판정부(83)의 판정 결과에 근거하여, 전류 공급부(8)로부터 유도 가열 코일(3)에 공급되는 고주파 전류의 크기를 제어한다.
(제어 장치의 동작)
다음으로, 도 6을 참조하여 제어 장치(90)에 의한 처리의 일례에 대하여 설명한다. 동일 도면에 나타내는 바와 같이, 이 처리는, 운전 판정 스텝 S1과, 담금질 스텝 S2와, 온도 검출 스텝 S31과, 알람용 온도 검출 스텝 S32와, 제1 판정 스텝 S41과, 제2 판정 스텝 S42와, 전류 조절 스텝 S51과, 알람 스텝 S52를 포함한다.
운전 판정 스텝 S1은, 고주파 담금질 장치(100)가 온도 검출부(6), 및 알람용 온도 검출부(7)에 의한 감시하에서 운전되고 있는 상태에 있는지 아닌지를 판정한다. 운전 상태에 없다고 판정된 경우는 처리를 종료한다(스텝 S1: No). 한편, 운전 상태에 있다고 판정된 경우(스텝 S1: Yes), 후속의 담금질 스텝 S2가 실행된다.
담금질 스텝 S2는, 유도 가열 코일(3)에 대하여, 전류 제어부(85)로부터 공급된 고주파 전류에 의한 담금질을 행한다. 이때, 이동 제어부(84)는, 기억부(82)에 저장된 상술한 테이블을 참조하면서, 이동 기구(4), 및 회전 기구(5)의 동작을 제어한다. 즉, 이동 기구(4)가, 전연(EL)을 따라 날개 높이 방향(Dh)으로 유도 가열 코일(3)을 이동시킴과 함께, 이 전연(EL)의 비틀어짐 각도에 근거하여, 회전 기구(5)가 가대(2)를 회전시킨다. 이 담금질 스텝 S2를 1회 실행함으로써, 담금질이 소정의 시간, 또는 소정의 이동 거리만큼 실행된다. 당해 소정의 시간이 경과한 후, 또는 소정의 이동 거리만큼 담금질이 완료된 후에, 온도 검출 스텝 S31, 및 알람용 온도 검출 스텝 S32를 병행하여 실행한다.
온도 검출 스텝 S31은, 터빈 날개(1)의 배면(Sn) 상에 설정된 상술한 검출점(P)에 있어서의 온도를 온도 검출부(6)에 의하여 검출한다. 온도 검출 스텝 S31 후에, 제1 판정 스텝 S41을 실행한다. 제1 판정 스텝 S41은, 온도 검출 스텝 S31에서 얻어진 검출값이 미리 정한 값을 초과하고 있는지 아닌지를 판정한다.
제1 판정 스텝 S41에서 검출값이 미리 정한 값을 초과하고 있다고 판정된 경우(스텝 S41: Yes), 후속의 전류 조절 스텝 S51을 실행한다. 전류 조절 스텝 S51에서는, 제어부(81)가 전류 제어부(85)에 대하여, 전류의 크기를 작게 하도록 지령을 내보낸다. 이로써, 유도 가열 코일(3)에 의한 가열 온도가 저하된다. 이 전류 조절 스텝 S51 후에, 다시 상술한 담금질 스텝 S2로 되돌아간다. 이로써, 다시 소정의 시간, 또는 소정의 이동 거리만큼 담금질이 실시된다.
한편, 제1 판정 스텝 S41에서 검출값이 미리 정한 값을 초과하고 있지 않다고 판정된 경우(스텝 S41: No), 전류 조절 스텝 S51을 거치지 않고, 다시 상술한 담금질 스텝 S2로 되돌아간다. 이로써, 다시 소정의 시간, 또는 소정의 거리만큼 담금질이 실시된다. 이 사이클이 전연(EL)의 전역에 걸쳐 반복된다.
알람용 온도 검출 스텝 S32는, 터빈 날개(1)의 배면(Sn) 상에 설정된 상술한 검출점(P)을 포함하는 비교적으로 넓은 범위에 있어서의 온도 분포를 알람용 온도 검출부(7)에 의하여 검출한다. 알람용 온도 검출 스텝 S32 후에, 제2 판정 스텝 S42를 실행한다. 제2 판정 스텝 S42는, 알람용 온도 검출 스텝 S32에서 얻어진 검출 범위 중에 온도가 미리 정한 값(알람 임곗값)을 초과하고 있는 부분이 있는지 아닌지를 판정한다.
제2 판정 스텝 S42에서, 검출 범위 중에 미리 정한 값을 초과하고 있는 부분이 포함되어 있다고 판정된 경우(스텝 S42: Yes), 후속의 알람 스텝 S52를 실행한다. 알람 스텝 S52에서는, 소리나 빛 등에 의하여 관리자에게, 온도가 상승 경향이 있는 취지를 알림·경고한다. 또한, 알람 스텝 S52에서, 전류 제어부(85)에 의한 전류 공급을 차단하는 구성을 채용하는 것도 가능하다. 이 알람 스텝 S52 후에, 다시 상술한 담금질 스텝 S2로 되돌아간다. 이로써, 다시 소정의 시간, 또는 소정의 거리만큼 담금질이 실시된다.
한편, 제2 판정 스텝 S42에서, 검출 범위 중에 미리 정한 값을 초과하고 있는 부분이 포함되어 있지 않다고 판정된 경우(스텝 S42: No), 알람 스텝 S52를 거치지 않고, 다시 상술한 담금질 스텝 S2로 되돌아간다. 이로써, 다시 소정의 시간, 또는 소정의 거리만큼 담금질이 실시된다. 이 사이클이 전연(EL)의 전역에 걸쳐 반복된다.
(작용 효과)
상기 구성에 의하면, 유도 가열 코일(3)의 U자부(31)에 의하여 터빈 날개(1)의 전연(EL)을 사이에 끼워 넣은 상태에서, 터빈 날개(1)에 담금질 처리가 실시된다. 이로써, 예를 들면 국소적으로 담금질 처리를 실시하는 공정을 반복하는 경우에 비하여, 보다 균일하게 마무리할 수 있다. 또한, 온도 검출부(6)는, 유도 가열 코일(3) 부근의 온도를 비접촉으로 검출하도록 구성되어 있다. 이로써, 예를 들면 접촉식의 장치로 온도를 검출하는 경우에 비하여, 당해 온도 검출부(6) 자체에 의한 검출값에 대한 영향을 작게 억제할 수 있다. 즉, 검출 정밀도를 높일 수 있다.
또, 제어 장치(90)는, 온도 검출부(6)에 의한 검출값에 근거하여, 유도 가열 코일(3)에 공급되는 고주파 전류의 크기를 제어한다. 따라서, 유도 가열 코일(3)에 의한 가열 온도가 과도하게 높아질 가능성을 저감시킬 수 있다.
상기 구성에 의하면, 온도 검출부(6)는, 전연(EL)에 있어서의 터빈 날개(1)의 배측(배면(Sn) 측)이며, U자부(31)와 직선부(32)에 의하여 둘러싸인 부분(검출점(P))의 온도를 검출한다. 이로써, 유도 가열 코일(3)에 의한 가열 온도가 가장 높아지는 부분의 온도를 검출값으로서 얻을 수 있다. 제어 장치(90)는, 이 검출값이 미리 정한 값을 초과하지 않도록, 유도 가열 코일(3)로의 전류 공급량을 제어한다. 따라서, 유도 가열 코일(3)에 의한 가열 온도가 너무 높아져 버릴 가능성을 더 저감시킬 수 있다.
상기 구성에 의하면, 터빈 날개(1)가 3차원적으로 비틀어져 있는 형상을 갖는 경우에, 회전 기구(5)에 의하여 터빈 날개(1)를 날개 높이 방향(Dh)으로 뻗는 회전축(Ax) 둘레로 회전시킬 수 있다. 이로써, 유도 가열 코일(3) 자체를 이동시키지 않고, 당해 유도 가열 코일(3)과 전연(EL)의 상대 거리를 유지할 수 있다. 따라서, 보다 높은 정밀도로 가열 온도를 관리할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 온도 검출부(6)가 광파이버식 방사 온도계인 점에서, 유도 가열 코일(3)이 발생하는 유도 전류의 영향을 받기 어렵다. 이로써, 온도 검출부(6)에 의한 온도 검출을 더 높은 정밀도로 실현할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 온도 검출부(6)에 더하여, 알람용 온도 검출부(7)가 마련되어 있다. 알람용 온도 검출부(7)는, 온도 검출부(6)보다 넓은 범위의 온도 분포를 검출한다. 제어 장치(90)는, 이 온도 분포에, 알람 임곗값보다 높은 값이 포함되는 경우에 알람을 발한다. 즉, 상기의 구성에서는, 유도 가열 코일(3)에 의한 가열 온도가 일부에서도 너무 높아진 경우에, 그 이상의 가열을 행하지 않도록 관리자에게 경고를 발할 수 있다. 이로써, 보다 균일하고 또한 고정밀도로 담금질 처리를 터빈 날개에 실시할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 터빈 날개(1)의 표면에 흑색 도막(Lb)이 형성되어 있다. 온도 검출부(6)는 이 흑색 도막(Lb)의 표면의 온도를 검출한다. 이로써, 예를 들면 터빈 날개(1)의 표면에 금속 재료가 노출되어 있는 경우에 비하여, 당해 표면으로부터의 열의 방사율의 불균일이 억제된다. 이로써, 더 높은 정밀도로 온도를 검출할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 터빈 날개(1)의 표면에, 직선부(32)와 U자부(31)에 의하여 둘러싸인 영역이 형성된다. 이로써, 당해 둘러싸인 영역 내에서는 온도가 높은 상태가 유지된다. 이로써, 효율적이고 또한 균일하게 담금질 처리를 실시할 수 있다.
여기에서, 터빈 날개(1)에서는, 익현 방향(전연(EL)과 후연(ET)을 잇는 방향)에 있어서의 전연(EL)으로부터 1/3의 부분에서, 특히 이로전이 발생할 가능성이 높다. 상기 구성에 의하면, 이와 같은 부분에 대하여 적극적으로 담금질 처리를 실시할 수 있다. 이로써, 더 높은 내구성을 갖는 터빈 날개(1)를 얻을 수 있다.
(그 외의 실시형태)
이상, 본 개시의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명했지만, 구체적인 구성은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 요지를 벗어나지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다. 또한, 상기 실시형태에서는, 이동 기구(4)에 의하여 유도 가열 코일(3) 및 온도 검출부(6)를 날개 높이 방향(Dh)으로 이동시키는 구성에 대하여 설명했다. 그러나, 이동 기구(4)에 의하여 가대(2)를 날개 높이 방향(Dh)으로 이동시키는 구성을 채용하는 것도 가능하다. 이 경우, 장치의 구성을 간소화할 수 있다.
<부기>
각 실시형태에 기재된 고주파 담금질 장치는, 예를 들면 이하와 같이 파악된다.
(1) 제1 양태에 관한 고주파 담금질 장치(100)는, 터빈 날개(1)의 전연(EL)을 사이에 끼워 넣는 U자부(31), 상기 터빈 날개(1)를 사이에 두고 한 쌍이 배치된 직선부(32), 및 상기 터빈 날개(1)의 배측 및 복측에서 각각 상기 U자부(31)와 상기 직선부(32)를 접속하는 접속부(33)를 갖는 유도 가열 코일(3)과, 상기 터빈 날개(1)의 전연(EL)에 있어서의 그 유도 가열 코일(3) 부근의 온도를 비접촉으로 검출하는 온도 검출부(6)와, 상기 터빈 날개(1)와 상기 유도 가열 코일(3)을, 상기 터빈 날개(1)의 날개 높이 방향(Dh)으로 상대 이동시키는 이동 기구(4)와, 상기 유도 가열 코일(3)에 고주파 전류를 공급하는 전류 공급부(8)와, 상기 온도 검출부(6)의 검출값에 근거하여 그 검출값이 미리 정한 온도를 초과하지 않도록, 상기 전류 공급부(8)에 의한 상기 고주파 전류의 크기를 제어하는 전류 제어부(85)를 갖는 제어 장치(90)를 구비한다.
상기 구성에 의하면, 유도 가열 코일(3)의 U자부(31)에 의하여 터빈 날개(1)의 전연을 사이에 끼워 넣은 상태에서, 터빈 날개(1)에 담금질 처리가 실시된다. 이로써, 예를 들면 국소적인 담금질 처리를 반복하는 경우에 비하여, 보다 균일하게 마무리할 수 있다.
또한, 온도 검출부(6)는, 유도 가열 코일(3) 부근의 온도를 비접촉으로 검출하도록 구성되어 있다. 이로써, 예를 들면 접촉식의 장치로 온도를 검출하는 경우에 비하여, 당해 온도 검출부(6) 자체에 의한 검출값에 대한 영향을 작게 억제할 수 있다. 즉, 검출 정밀도를 높일 수 있다.
또, 제어 장치(90)는, 온도 검출부(6)에 의한 검출값에 근거하여, 유도 가열 코일(3)에 공급되는 고주파 전류의 크기를 제어한다. 따라서, 유도 가열 코일(3)에 의한 가열 온도가 과도하게 높아질 가능성을 저감시킬 수 있다.
(2) 제2 양태에 관한 고주파 담금질 장치(100)에서는, 상기 온도 검출부(6)는, 상기 전연(EL)에 있어서의 상기 터빈 날개(1)의 배측이며, 상기 U자부(31)와 상기 직선부(32)에 의하여 둘러싸인 부분의 온도를 검출한다.
상기 구성에 의하면, 유도 가열 코일(3)에 의한 가열 온도가 가장 높아지는 부분의 온도를 검출값으로서 얻을 수 있다. 제어 장치(90)는, 이 검출값이 미리 정한 값을 초과하지 않도록, 유도 가열 코일(3)로의 전류 공급량을 제어한다. 따라서, 유도 가열 코일(3)에 의한 가열 온도가 너무 높아져 버릴 가능성을 더 저감시킬 수 있다.
(3) 제3 양태에 관한 고주파 담금질 장치(100)에서는, 상기 터빈 날개(1)는 상기 날개 높이 방향(Dh)의 일방 측으로부터 타방 측을 향함에 따라 그 날개 높이 방향(Dh)을 중심으로 하여 둘레 방향으로 비틀어져 있으며, 그 터빈 날개(1)와 상기 유도 가열 코일(3)이 상기 날개 높이 방향(Dh)으로 상대 이동함에 따라 그 터빈 날개(1)를 상기 날개 높이 방향(Dh)으로 뻗는 회전축(Ax) 둘레로 회전시킴으로써, 상기 전연(EL)과 상기 유도 가열 코일(3)의 상대 거리를 유지하는 회전 기구(5)를 더 구비한다.
상기 구성에 의하면, 터빈 날개(1)가 3차원적으로 비틀어져 있는 형상을 갖는 경우에, 회전 기구(5)에 의하여 터빈 날개(1)를 날개 높이 방향(Dh)으로 뻗는 회전축(Ax) 둘레로 회전시킬 수 있다. 이로써, 유도 가열 코일(3) 자체를 이동시키지 않고, 당해 유도 가열 코일(3)과 전연(EL)의 상대 거리를 유지할 수 있다. 따라서, 보다 높은 정밀도로 가열 온도를 관리할 수 있다.
(4) 제4 양태에 관한 고주파 담금질 장치(100)에서는, 상기 온도 검출부(6)는, 광파이버식 방사 온도계이다.
상기 구성에 의하면, 온도 검출부(6)가 광파이버식 방사 온도계인 점에서, 유도 가열 코일(3)이 발생하는 유도 전류의 영향을 받기 어렵다. 이로써, 온도 검출부(6)에 의한 온도 검출을 더 높은 정밀도로 실현할 수 있다.
(5) 제5 양태에 관한 고주파 담금질 장치(100)는, 상기 온도 검출부(6)와는 별개로 마련되고, 상기 전연(EL)에 있어서의 상기 온도 검출부(6)가 온도를 검출하는 범위보다 넓은 범위의 온도 분포를 검출하는 알람용 온도 검출부(7)를 더 구비하며, 상기 전류 제어부(85)는, 상기 알람용 온도 검출부(7)가 검출한 상기 온도 분포에, 미리 정한 알람 임곗값보다 높은 값이 포함되는 경우에 알람을 발하도록 구성되어 있다.
상기 구성에 의하면, 온도 검출부(6)에 더하여, 알람용 온도 검출부(7)가 마련되어 있다. 알람용 온도 검출부(7)는, 온도 검출부(6)보다 넓은 범위의 온도 분포를 검출한다. 제어 장치(90)는, 이 온도 분포에, 알람 임곗값보다 높은 값이 포함되는 경우에 알람을 발한다. 즉, 상기의 구성에서는, 유도 가열 코일(3)에 의한 가열 온도가 일부에서도 너무 높아진 경우에, 그 이상의 가열을 행하지 않도록 관리자에게 경고를 발할 수 있다. 이로써, 보다 균일하고 또한 고정밀도로 담금질 처리를 터빈 날개에 실시할 수 있다.
(6) 제6 양태에 관한 고주파 담금질 장치(100)에서는, 상기 터빈 날개(1)는, 적어도 상기 전연(EL)에 흑색 도료로 형성된 흑색 도막(Lb)을 갖고, 상기 온도 검출부(6)는, 그 흑색 도막(Lb)의 표면의 온도를 검출하도록 구성되어 있다.
상기 구성에 의하면, 터빈 날개의 표면에 흑색 도막(Lb)이 형성되어 있다. 온도 검출부(6)는 이 흑색 도막(Lb)의 표면의 온도를 검출한다. 이로써, 예를 들면 터빈 날개(1)의 표면에 금속 재료가 노출되어 있는 경우에 비하여, 당해 표면으로부터의 열의 방사율의 불균일이 억제된다. 이로써, 더 높은 정밀도로 온도를 검출할 수 있다.
(7) 제7 양태에 관한 고주파 담금질 장치(100)에서는, 상기 직선부(32)는, 상기 터빈 날개(1)의 표면을 따라 상기 U자부(31)와 평행하게 뻗어 있다.
상기 구성에 의하면, 터빈 날개(1)의 표면에, 직선부(32)와 U자부(31)에 의하여 둘러싸인 영역이 형성된다. 이로써, 당해 둘러싸인 영역 내에서는 온도가 높은 상태가 유지된다. 이로써, 효율적이고 또한 균일하게 담금질 처리를 실시할 수 있다.
(8) 제8 양태에 관한 고주파 담금질 장치(100)에서는, 상기 U자부(31)는, 상기 터빈 날개(1)의 익현 방향에 있어서의 상기 전연(EL)으로부터 1/3의 거리만큼 그 터빈 날개(1)를 사이에 끼워 넣도록 구성되어 있다.
터빈 날개(1)에서는, 익현 방향에 있어서의 전연(EL)으로부터 1/3의 부분에서, 특히 이로전이 발생할 가능성이 높다. 상기 구성에 의하면, 이와 같은 부분에 대하여 적극적으로 담금질 처리를 실시할 수 있다. 이로써, 더 높은 내구성을 갖는 터빈 날개(1)를 얻을 수 있다.
100 고주파 담금질 장치
1 터빈 날개
11 날개 본체
11T 선단
12 익근
12S 세레이션
2 가대
21 가대 본체
22 고정 부재
3 유도 가열 코일
31 U자부
32 직선부
33 접속부
4 이동 기구
41 레일
42 제1 이동부
43 제2 이동부
5 회전 기구
6 온도 검출부
61 지지부
7 알람용 온도 검출부
8 전류 공급부
90 제어 장치
81 제어부
82 기억부
83 판정부
84 이동 제어부
85 전류 제어부
91 CPU
92 ROM
93 RAM
94 HDD
95 I/O
Ax 회전축
C 철심
Dh 날개 높이 방향
EL 전연
ET 후연
Lb 흑색 도막
P 검출점
Sn 배면
Sp 복면

Claims (8)

  1. 터빈 날개의 전연을 사이에 끼워 넣는 U자부, 상기 터빈 날개를 사이에 두고 한 쌍이 배치된 직선부, 및 상기 터빈 날개의 배측 및 복측에서 각각 상기 U자부와 상기 직선부를 접속하는 접속부를 갖는 유도 가열 코일과,
    상기 터빈 날개의 전연에 있어서의 상기 유도 가열 코일 부근의 온도를 비접촉으로 검출하는 온도 검출부와,
    상기 터빈 날개와 상기 유도 가열 코일을, 상기 터빈 날개의 날개 높이 방향으로 상대 이동시키는 이동 기구와,
    상기 유도 가열 코일에 고주파 전류를 공급하는 전류 공급부와,
    상기 온도 검출부의 검출값에 근거하여 상기 검출값이 미리 정한 온도를 초과하지 않도록, 상기 전류 공급부에 의한 상기 고주파 전류의 크기를 제어하는 전류 제어부를 갖는 제어 장치를 구비하고,
    상기 온도 검출부와는 별개로 마련되고, 상기 전연에 있어서의 상기 온도 검출부가 온도를 검출하는 범위보다 넓은 범위의 온도 분포를 검출하는 알람용 온도 검출부를 더 구비하며,
    상기 전류 제어부는, 상기 알람용 온도 검출부가 검출한 상기 온도 분포에, 미리 정한 알람 임곗값보다 높은 값이 포함되는 경우에 알람을 발하도록 구성되어 있는, 고주파 담금질 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 검출부는, 상기 전연에 있어서의 상기 터빈 날개의 배측이며, 상기 U자부와 상기 직선부에 의하여 둘러싸인 부분의 온도를 검출하는 고주파 담금질 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 터빈 날개는 상기 날개 높이 방향의 일방 측으로부터 타방 측을 향함에 따라 상기 날개 높이 방향을 중심으로 하여 둘레 방향으로 비틀어져 있으며,
    상기 터빈 날개와 상기 유도 가열 코일이 상기 날개 높이 방향으로 상대 이동함에 따라 상기 터빈 날개를 상기 날개 높이 방향으로 뻗는 회전축 둘레로 회전시킴으로써, 상기 전연과 상기 유도 가열 코일의 상대 거리를 유지하는 회전 기구를 더 구비하는 고주파 담금질 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 온도 검출부는, 광파이버식 방사 온도계인 고주파 담금질 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 터빈 날개는, 적어도 상기 전연에 흑색 도료로 형성된 흑색 도막을 갖고,
    상기 온도 검출부는, 상기 흑색 도막의 표면의 온도를 검출하도록 구성되어 있는 고주파 담금질 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 직선부는, 상기 터빈 날개의 표면을 따라 상기 U자부와 평행하게 뻗어 있는 고주파 담금질 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 U자부는, 상기 터빈 날개의 익현 방향에 있어서의 상기 전연으로부터 1/3의 거리만큼 상기 터빈 날개를 사이에 끼워 넣도록 구성되어 있는 고주파 담금질 장치.
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